Messung der Charm-Produktion in tief-inelastischer Streuung mittels D - und Λ C-Zerfällen bei HERA

Messung der Charm-Produktion in tief-inelastischer Streuung

mittels D

- und Λ

-Zerfällen bei HERA

Philipp Roloff (Universität Hamburg)

●

Einleitung und Motivation

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D

und Λ

Rekonstruktion

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Ergebnisse

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Zusammenfassung

e^±p-Speicherring

E_CMS = (300) 318 GeV

HERA und ZEUS

● Multifunktionsdetektor

● Zentrale Spurkammer

in Solenoidfeld (B = 1.43T)

● Uran-Kalorimeter

Charm in DIS bei HERA

Dominanter Prozess:

Boson-Gluon Fusion (BGF)

=> Direkte Sensitivität auf die Gluondichte im Proton

Mehrere harte Skalen: Q², m_C², p_T²

=> unterschiedliche pQCD Ansätze Kinematische Variablen für e^±p -> e^±X:

Q² = -q² = -(k – k')² Virtualität des Photons x = Q² / 2Pq Bjorken x

y = Pq / Pk Inelastizität

c c

Q² > 1 GeV² : tief-inelastische Streuung (DIS)

Übersicht

Messung von D⁺- undΛ_C⁺-Zerfällen mit einem neutralen Strange-Hadron im Endzustand:

D⁺->K⁰_Sπ⁺ Λ_C⁺-> Λπ⁺ Λ_C⁺ -> pK⁰_S

=> Reduktion des kombinatorischen Untergrundes Datensatz: 1996 – 2000 (120 pb^-1)

Kinematischer Bereich: 1.5 GeV² < Q² < 1000.0 GeV² 0.02 < y < 0.7

kein Schnitt auf p_T(D⁺, Λ_C⁺)

|η(D⁺, Λ_C)| < 1.6

Trigger: DIS inklusiv, skaliert, L = 16.7 pb^-1

DIS mit mittlerem Q², sensitiv für Q² > 20.0 GeV²

Physikalische Motivation

Λ_C⁺-> Λπ⁺, Λ_C⁺ -> pK⁰_S: Messung von f(c->Λ_C⁺) = σ(Λ_C⁺)/σ_gs in DIS (σ_gs: alle Hadronen mit “offenem” Charm)

D⁺->K⁰_Sπ⁺: ● Messung von inklusiven und differentiellen

Wirkungsquerschnitten im Bereich p_T(D⁺) > 0 GeV

● Überprüfung der Extrapolation in den vollen p_T-Bereich für die Extraktion von F₂^cc in Analysen von D-Zerfällen (z.B. D*).

Fragmentation universell?

p_T(D) [GeV] Faktor

> 0 ≈ 1.9

> 1.5 ≈ 3.6

> 3.0 ≈ 6.0

(Werte größer bei kleinem Q²)

“Goldener Kanal” D*⁺ -> D⁰π_S⁺ nur möglich für p_T(D^*) > 1.5 GeV

K

und Λ(Λ) Rekonstruktion

Paare unterschiedlich geladener Spuren von sekundären Vertices:

M(ee) > 0.05GeV M(Λ) > 1.121GeV

M(K⁰_S) = 0.483GeV - 0.513GeV

M(ee) > 0.05GeV M(K⁰_S) < 0.483

M(Λ) = 1.112GeV - 1.121GeV

K

Λ Λ

Q² > 2.0 GeV²

D ⁺ ->K ⁰ _S π ⁺ Rekonstruktion

Q² > 1.5 GeV²

Reflektion von D_s subtrahiert

N = 628 ± 79

Simultaner Fit von Signal (Gausskurve) und

Reflektion (D_S⁺ -> K⁰_SK⁺, Verteilung aus MC).

p_T(π⁺) / E_T(Θ > 10°) > 0.04 p_T(D⁺) / E_T(Θ > 10°) > 0.1

cosΘ*(π⁺) < 0.9 for 0.0 < P_T(D^±) ≤ 1.5 GeV cosΘ*(π⁺) < 0.8 for 1.5 < P_T(D^±) ≤ 3.0 GeV cosΘ*(π⁺) < 0.6 for 3.0 < P (D^±) ≤ 10.0 GeV

Inklusiver Wirkungsquerschnitt

Data:

σ (e^±p -> e^±D^±X) = 16.1 ± 2.0 (stat.) +1.5 -1.8 (syst.) ± 0.7 (BR) nb Systematische Fehler: ● Normierung der D_s-Reflektion (dominant)

● Luminosität

● DIS Selektion

● K⁰_S Rekonstruktion

● Energieskala des Kalorimeters NLO pQCD (HVQDIS):

σ (e^±p -> e^±D^±X) = 15.2 +4.8 -4.9 (syst.) nb Systematische Fehler: ● m_C = 1.2 – 1.5 GeV

● μ_R = sqrt(Q² + 4m_C²) und μ_F = sqrt(Q² + 4m_C²) separat variiert um Faktor 0.5 und 2

● Peterson Fragmentationsparameter ϵ = 0.02 – 0.1

● ZEUS NLO PDF

● f(c->D⁺)

Sehr vorläu fig!

^

Q² > 1.5 GeV²

Reflektion von D_s subtrahiert p_T (D⁺) > 1.5 GeV

N = 490 ± 70

Messung im gleichen kinematischen Bereich wie ZEUS 1998-2000 D*-Ergebnis

(Physical Review D 69, (2004) 012004)

ZEUS D* Publikation:

σ(e^±p -> e^±D*^±X) = 8.44 ±0.20 (stat.) ^+0.37_-0.36 (syst.) ±0.21 (BR) nb Diese Messung:

σ(e^±p -> e^±D^±X) = 7.8 ±1.1 (stat.) +0.8 -0.9 (syst.) ±0.3 (BR) nb f(c->D*⁺) / f(c->D⁺) = 1.05 (e⁺e^- data) => okay

Vergleich mit D*-Ergebnis

Sehr vorlä ufig!

Systematische Fehler in Vorbereitung.

Rekonstruktions- wahrscheinlichkeit für getriggerte Events

dσ / dp

und dσ / dη

Λ

->Λπ

p_T(π⁺) / E_T(Θ > 10°) > 0.05 p_T(Λ_C⁺) / E_T(Θ > 10°) > 0.12 cosΘ*(π⁺) < 0.8

N = 121 ± 32

falsche Ladungskombination σ(e^±p -> e^±Λ_C^±X)

= 9.8 ±2.6 (stat.) +0.5 -0.5 (syst.) ±2.6 (BR) nb

Systematische Fehler wie beim D⁺

Sehr vorlä

ufig!

Λ

->pK

p(p) < 1.5

dE/dx(p) > 1.2

p_T(Λ_C⁺) / E_T(Θ > 10°) > 0.12

positive Spuren

negative Spuren

σ(e^±p -> e^±Λ_C^±X)

= 11.2 ±3.4 (stat.) +0.5 -1.5 (syst.) ±2.8 (BR) nb N = 72 ± 22

Zusätzlicher systematischer Fehler: dE/dx-Simulation (dominant) K⁺ p

Sehr vorläufig!

f(c->Λ _C

)

Rapgap3,

Lund string fragmentation

Λ_C⁺->Λπ⁺

f(c->Λ_C⁺) = 0.137 ±0.040 (stat.) +0.016 -0.015 (syst.) ±0.038 (BR) Λ_C⁺->pK⁰_S

f(c->Λ_C⁺) = 0.157 ±0.052 (stat.) +0.018 -0.026 (syst.) ±0.039 (BR)

Vergleich von σ (D

) und

σ(Λ

) unter Annahme von f(c -> D

) = 0.226

=> f(c->Λ

)

Ergebnisse lassen sich kombinieren.

Sehr vorläufig!

Philipp Roloff DPG Frühjahrstagung Heidelberg 2007 – Fachverband Teilchenphysik 15

Zusammenfassung

D

-Produktion bei kleinen

Transversalimpulsen wird durch NLO QCD beschrieben

Ergebnis ist konsistent mit Messung von D*-Mesonen

f(c->Λ

) wurde in zwei Zerfallskanälen

gemessen